模拟电子简明教程 第讲

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1.3双极型三极管,(,BJT,),又称半导体三极管、晶体管，或简称为三极管。,(,Bipolar Junction Transistor,),三极管的外形如下图所示。,三极管有两种类型：,NPN,和,PNP,型。,主要以 NPN 型为例进行讨论。,图 1.3.1三极管的外形,1.3.1三极管的结构,常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金管两种类型。,图1.3.2三极管的结构,(,a,)平面型(,NPN,),(,b,)合金型(,PNP,),N,e,c,N,P,b,二氧化硅,b,e,c,P,N,P,e 发射极，b基极，c 集电极。,平面型,(,NPN,),三极管制作工艺,N,c,SiO,2,b,硼杂质扩散,e,磷杂质扩散,磷杂质扩散,磷杂质扩散,硼杂质扩散,硼杂质扩散,P,N,在 N 型硅片,(,集电区,),氧化膜上刻一个窗口，将硼杂质进行扩散形成 P 型,(,基区,),，再在 P 型区上刻窗口，将磷杂质进行扩散形成N型的发射区。引出三个电极即可。,合金型三极管制作工艺：,在 N 型锗片,(,基区,),两边各置一个铟球，加温铟被熔化并与 N 型锗接触，冷却后形成两个 P 型区，集电区接触面大，发射区掺杂浓度高。,图 1.3.3三极管结构示意图和符号,(,a,),NPN 型,e,c,b,符号,集电区,集电结,基区,发射结,发射区,集电极 c,基极 b,发射极 e,N,N,P,集电区,集电结,基区,发射结,发射区,集电极 c,发射极 e,基极 b,c,b,e,符号,N,N,P,P,N,图 1.3.3三极管结构示意图和符号,(,b,),PNP 型,1.3.2三极管的放大作用,和载流子的运动,以 NPN 型三极管为例讨论,图1.3.4三极管中的两个 PN 结,c,N,N,P,e,b,b,e,c,表面看,三极管若实现放大，必须从,三极管内部结构,和,外部所加电源的极性,来保证。,不具备放大作用,三极管内部结构要求：,N,N,P,e,b,c,N,N,N,P,P,P,1.,发射区高掺杂。,2.,基区做得很薄,。通常只有几微米到几十微米，而且,掺杂较少,。,三极管放大的外部条件,：外加电源的极性应使,发射结处于正向偏置,状态，而,集电结处于反向偏置,状态。,3.,集电结面积大。,b,e,c,R,c,R,b,三极管中载流子运动过程,I,E,I,B,1.发射,发射区的电子越过发射结扩散到基区，基区的空穴扩散到发射区,形成发射极电流,I,E,(,基区多子数目较少，空穴电流可忽略,),。,2.复合和扩散,电子到达基区，少数与空穴复合形成基极电流,I,bn,，,复合掉的空穴由,V,BB,补充,。,多数电子在基区继续扩散，到达集电结的一侧。,图 1.3.5三极管中载流子的运动,b,e,c,I,E,I,B,R,c,R,b,三极管中载流子运动过程,3.收集,集电结反偏，有利于收集基区扩散过来的电子而形成集电极电流,I,cn,。,其能量来自外接电源,V,CC,。,I,C,另外，集电区和基区的少子在外电场的作用下将进行漂移运动而形成,反向,饱和电流,，,用,I,CBO,表示,。,I,CBO,图 1.3.5三极管中载流子的运动,b,e,c,e,R,c,R,b,三极管的电流分配关系,I,Ep,I,CBO,I,E,I,C,I,B,I,En,I,Bn,I,Cn,I,C,=,I,Cn,+,I,CBO,I,E,=,I,Cn,+,I,Bn,+,I,Ep,=,I,En,+,I,Ep,一般要求,I,Cn,在,I,E,中占的比例,尽量大。而二者之比称,直流电流放大系数,，即,一般可达 0.95 0.99,三个极,的,的电流,之,之间满,足,足节点,电,电流定,律,律，即,I,E,=,I,C,+,I,B,代入,(,1,),式，得,其中：,共射直流电流放大系数。,上式中,的,的后一,项,项常用,I,CEO,表示，,I,CEO,称穿透,电,电流。,当,I,CEO,I,C,时，忽,略,略,I,CEO,，则由,上,上式可,得,得,共射直流电流放大系数 近似等于,I,C,与,I,B,之比。一般 值约为几十 几百。,三极管,的,的电流,分,分配关,系,系,一组三,极,极管电,流,流关系,典,典型数,据,据,I,B,/mA,-,0.001 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05,I,C,/mA 0.001 0.01 0.56 1.14 1.74 2.33 2.91,I,E,/,mA,0 0.01 0.57 1.16 1.77 2.37 2.96,1.任何一,列,列电流,关,关系符,合,合,I,E,=,I,C,+,I,B，,I,B,I,C,0 时,的,的输入特性,曲,曲线,当,U,CE,0 时,，,，这个电压,有,有利于将发,射,射区扩散到,基,基区的电子,收,收集到集电,极,极。,U,CE,U,BE,，三极管处,于,于放大状态,。,。,*特性右移,(因集电结,开,开始吸引电,子,子),O,I,B,/,A,U,CE,1 时,的,的输入特性,具,具有实用意,义,义。,I,B,U,CE,I,C,V,CC,R,b,V,BB,c,e,b,R,C,V,+,V,+,A,+,+,mA,U,BE,*,U,CE,1 V，特,性,性曲线重合,。,。,图 1.3.6三极,管,管共射特性,曲,曲线测试电,路,路,图 1.3.8三极,管,管的输入特,性,性,二、输出特,性,性,图 1.3.9NPN 三极管,的,的输出特性,曲,曲线,I,C,/,mA,U,CE,/V,100 A,80A,60 A,40 A,20 A,I,B,=0,O,5 10 15,4,3,2,1,划分三个区,：,：截止区、,放,放大区和饱,和,和区。,截止区,放,大,区,饱和区,放,大,区,1.截止,区,区,I,B,0 的区域,。,。,两个结都处,于,于反向偏置,。,。,I,B,=0时，,I,C,=,I,CEO,。硅管约等于1,A，锗管,约,约为几十 几百微,安,安。,截止区,截止区,2.放大,区,区：,条件：发射结正偏,集电结反偏,特点：各条输出特,性,性曲线比较,平,平坦，近似,为,为水平线，,且,且等间隔。,二、输出特,性,性,I,C,/,mA,U,CE,/V,100 A,80A,60 A,40 A,20 A,I,B,=0,O,5 10 15,4,3,2,1,放,大,区,集电极电流,和,和基极电流,体,体现放大作,用,用，即,放,大,区,放,大,区,对 NPN,管,管,U,BE,0，,U,BC,0,U,BC,0。,特点：,I,C,基本上不随,I,B,而变化，在,饱,饱和区三极,管,管失去放大,作,作用。,I,C,I,B,。,当,U,CE,=,U,BE,，即,U,CB,=0 时,，,，称临界饱和，,U,CE,U,BE,时称为过饱和。,饱和管压降,U,CES,0.4V,(,硅管,),，,U,CES,0.2V,(锗管),饱和区,饱和区,饱和区,1.3.4,三极管的主,要,要参数,三极管的连,接,接方式,I,C,I,E,+,C,2,+,C,1,V,EE,R,e,V,CC,R,c,(,b,),共基极接法,V,CC,R,b,+,V,BB,C,1,T,I,C,I,B,C,2,R,c,+,(,a,),共发射极接法,图 1.3.10NPN 三极,管,管的电流放,大,大关系,一、电流放,大,大系数,是表征管子,放,放大作用的,参,参数。有以,下,下几个：,1.共射,电,电流放大系,数,数,2.共射直流电流放大系数,忽略穿透电,流,流,I,CEO,时，,3.共基,电,电流放大系,数,数,4.共基直流电流放大系数,忽略反向饱,和,和电流,I,CBO,时，,和,这两个参数,不,不是独立的,，,，而是互相,联,联系，关系,为,为：,二、反向饱,和,和电流,1.集电,极,极和基极之,间,间的反向饱,和,和电流,I,CBO,2.集电极,和,和发射极之,间,间的反向饱,和,和电流,I,CEO,(,a,),I,CBO,测量电路,(,b,),I,CEO,测量电路,I,CBO,c,e,b,A,I,CEO,A,c,e,b,小功率锗管,I,CBO,约为几微安,；,；硅管的,I,CBO,小，有的为,纳,纳安数量级,。,。,当 b 开,路,路时，c,和,和 e,之,之间的电流,。,。,值愈大，则该管的,I,CEO,也愈大。,图 1.3.11反,向,向饱和电流,的,的测量电路,三、极限,参,参数,1.集电,极,极最大允许,电,电流,I,CM,当,I,C,过大时，三,极,极管的,值要减小。,在,在,I,C,=,I,CM,时，,值下降到额,定,定值的三分,之,之二。,2.集电,极,极最大允许,耗,耗散功率,P,CM,过,损,耗,区,安,全,工,作,区,将,I,C,与,U,CE,乘积等于规,定,定的,P,CM,值各点连接,起,起来，可得,一,一条双曲线,。,。,I,C,U,CE,P,CM,为过损耗区,I,C,U,CE,O,P,CM,=,I,C,U,CE,安,全,工,作,区,安,全,工,作,区,过,损,耗,区,过,损,耗,区,图 1.3.11三,极,极管的安全,工,工作区,3.极间,反,反向击穿电,压,压,外加在三极,管,管各电极之,间,间的最大允,许,许反向电压,。,。,U,(BR)CEO,：基极开路,时,时，集电极,和,和发射极之,间,间的反向击,穿,穿电压。,U,(BR)CBO,：,发,发,射,射,极,极,开,开,路,路,时,时,，,，,集,集,电,电,极,极,和,和,基,基,极,极,之,之,间,间,的,的,反,反,向,向,击,击,穿,穿,电,电,压,压,。,。,安,全,全,工,工,作,作,区,区同,时,时,要,要,受,受,P,CM,、,I,CM,和,U,(BR)CEO,限,制,制,。,。,过电压,I,C,U,(BR)CEO,U,CE,O,过,损,耗,区,安,全,工,作,区,I,CM,过流区,图1.3.11,三,三,极,极,管,管,的,的,安,安,全,全,工,工,作,作,区,区,1.3.5PNP,型,型,三,三,极,极,管,管,放,大,大,原,原,理,理,与,与NPN,型,型,基,基,本,本,相,相,同,同,，,，,但,但,为,为,了,了,保,保,证,证,发,发,射,射,结,结,正,正,偏,偏,，,，,集,集,电,电,结,结,反,反,偏,偏,，,，,外,外,加,加,电,电,源,源,的,的,极,极,性,性,与,与NPN,正,正,好,好,相,相,反,反,。,。,图1.3.13,三,三,极,极,管,管,外,外,加,加,电,电,源,源,的,的,极,极,性,性,(,a,),NPN 型,V,CC,V,BB,R,C,R,b,N,N,P,+,+,u,o,u,i,(,b,),PNP 型,V,CC,V,BB,R,C,R,b,+,+,u,o,u,i,PNP,三,三,极,极,管,管,电,电,流,流,和,和,电,电,压,压,实,实,际,际,方,方,向,向,。,。,U,CE,U,BE,+,+,I,E,I,B,I,C,e,b,C,U,CE,U,BE,(,+,),(),I,E,I,B,I,C,e,b,C,(,+,),(),PNP,三,三,极,极,管,管,各,各,极,极,电,电,流,流,和,和,电,电,压,压,的,的,规,规,定,定,正,正,方,方,向,向,。,。,PNP,三,三,极,极,管,管,中,中,各,各,极,极,电,电,流,流,实,实,际,际,方,方,向,向,与,与,规,规,定,定,正,正,方,方,向,向,一,一,致,致,。,。,电,压,压,(,U,BE,、,U,CE,),实,际,际,方,方,向,向,与,与,规,规,定,定,正,正,方,方,向,向,相,相,反,反,。,。,计,计,算,算,中,中,U,BE,、,U,CE,为,负,负,值,值,；,；,输,输,入,入,与,与,输,输,出,出,特,特,性,性,曲,曲,线,线,横,横,轴,轴,为,为,(,-,U,BE,),、,(,-,U,CE,),。,发,射,射,结,结,反,